(57)【要約】【課題】位相シフトマスクを用いた投影写像によって所望パターンを得る場合において、寸法ルールの厳しいゲート線等の露光における解像性を高めること露光装置の偏光照明を提供する。【解決手段】本発明は、光源から出射される光の強度を均一化するためマトリクス状にフライアイレンズが配置されたフライアイレンズアレイ３０４と、フライアイレンズアレイ３０４の各レンズエレメントに対応して配置され、光源から出射される光の進行方向と並行な光学軸を有し、通過する光の振動面を回転させる複数の旋光素子から成る旋光素子アレイ３０２と、フライアイレンズアレイ３０４および旋光素子アレイ３０２を介して等価光源面内の振動面方位の分布持つ光を位相シフトマスク３０８に照射するコンデンサーレンズ３０６とを備えており、等価光源の形状が十字形状もしくは放射十字形状となっている、さらには等価光源内の光の振動面の方位分布が十字状もしくは放射十字状になっている露光装置である。【選択図】図３
2006269853.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
位相シフトマスクを用いた投影写像によって所望パターンを得る露光装置であって、
等価光源の形状が十字形状もしくは放射十字形状である
ことを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記等価光源の十字形状もしくは放射十字形状の方位は、前記位相シフトマスクのパターンの長手方向を基準として０°、９０°、１８０°、２７０°の方位である
ことを特徴とする請求項１記載の露光装置。
【請求項３】
前記等価光源における光の振動面の方位の分布が十字状もしくは放射十字状である
ことを特徴とする請求項１または２記載の露光装置。
【請求項４】
光源から出射される光の強度を均一化するためマトリクス状にフライアイレンズが配置されたフライアイレンズアレイと、
前記フライアイレンズアレイの各レンズエレメントに対応して配置され、前記光源から出射される光の進行方向と並行な光学軸を有し、通過する光の振動面を回転させる複数の旋光素子から成る旋光素子アレイと、
前記フライアイレンズアレイおよび前記旋光素子アレイを介して、マスク面への入射角度に対して光の振動面が所望の方向に回転された光を位相シフトマスクに照射するコンデンサーレンズとを備えており、
前記フライアイレンズアレイ、前記旋光素子アレイおよび前記コンデンサーレンズによって構成される等価光源面内の光の振動面の方位の分布が十字状もしくは放射十字状となっている
ことを特徴とする露光装置。
【請求項５】
光源から出射される光の強度を均一化するためマトリクス状にフライアイレンズが配置されたフライアイレンズアレイと、
前記フライアイレンズアレイの各レンズエレメントに対応して配置され、前記光源から出射される光の進行方向と並行な光学軸を有し、通過する光の振動面を回転させる複数の旋光素子から成る旋光素子アレイと、
前記フライアイレンズアレイおよび前記旋光素子アレイを介して、マスク面への入射角度に対して光の振動面が所望の方向に回転された光を位相シフトマスクに照射するコンデンサーレンズとを備えており、
前記マスクとして渋谷―レベンソン型位相シフトマスクを用いた場合、前記旋光素子アレイおよび前記コンデンサーレンズによって構成される等価光源面の形状は円形であり、前記等価光源面内の光の振動面の方位の分布が十字状もしくは放射十字状である
ことを特徴とする露光装置。
【請求項６】
位相シフトマスクを用いた露光と、トリムマスクを用いた露光とによりパターンを形成する露光方法において、
前記位相シフトマスクを用いた露光では、等価光源の形状が前記位相シフトマスクの主要パターンの長手方向を基準として０°、９０°、１８０°、２７０°の方位となる十字形状もしくは放射十字形状で、等価光源面内の光の振動面の方位の分布が十字状もしくは放射十字状となる光を用い、
前記トリムマスクを用いた露光では、無偏光照明を用いる
ことを特徴とする露光方法。
【請求項７】
渋谷―レベンソン型位相シフトマスクを用いた露光方法において、
等価光源面の形状は円形であり、光源面内の光の振動面の方位分布が十字状もしくは放射十字状である
ことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程にて用いられる露光装置および露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程では、形成すべきパターンの微細化に伴って光の波長から決定される解像限界を超えた高解像度が要求されていることから、露光波長以下の微細パターンの形成を可能にする位相シフトマスク（レチクル）が広く利用されている。
【０００３】
位相シフトマスクは、透過光の位相差を利用して高解像度を得るものであり、例えば渋谷−レベンソン型のものがよく知られている（特許文献１、非特許文献１参照。）。この渋谷−レベンソン型位相シフトマスクを用いる際は±１次回折光を可能な限り投影レンズの開口（ＮＡ）内に入れるため、小さい円形形状照明、すなわち小σ照明を用いることが通常である。
【０００４】
このような位相シフトマスクを利用する場合、従来そのマスクに対する照明光としては、パターン解像性の方位依存性を避けるために無偏光を用いている。その一方で、マスクに対する照明光は、そのマスク上に形成されたパターンの構成辺と平行な方位の偏光とすれば転写像の像質が良くなることが知られており、例えば特許文献２に開示されているように、これと位相シフトマスクとを組み合わせた技術も提案されている。
【０００５】
【特許文献１】特開昭５７−６２０５２号公報
【特許文献２】特開平５−８８３５６号公報
【非特許文献１】M.D.Levenson et  al:IEEE  Trans.Electron  Device、ED-29、p1828（1982）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、マスク上のパターン構成辺と平行な方位の偏光とするためには、位相シフトマスク内において光の位相差を発生させるシフタ毎に、その方位に応じて例えばＴＥ（transverse electric）透過またはＴＭ（transverse magnetic）透過の偏光素子を設置する必要がある。ただし、このような複雑な構造の位相シフトマスクを作成することは非常に困難である。なお、ここでいうＴＥ透過とＴＭ透過との相違は、光の振動方向が入射面上におけるｙ方向かｘ方向かの違いによる。ＴＥ偏光とは電場ベクトルがパターンと平行な方位、ＴＭ偏光はパターン方位と垂直な方位の偏光である。
【０００７】
また、本願発明者は、パターンの方位によってマスクパターンを分割し、パターンの方位毎にマスクを照明する偏光方位を変えるような多重露光方式も提唱している（特願２００１−３８８９８４）。しかしながら、一つのレイヤ露光工程が複数マスクを用いた多重露光方式になることから、高価な位相シフトマスクのコスト、露光ＴＡＴ（Turn Around Time）の増大などが問題となる。
【０００８】
さらに、最近では投影レンズ最終面と露光ウエハの間を水などの液体で満たすことにより、投影レンズの開口数（ＮＡ）を１以上にすることを可能にする液浸露光が提唱されており、例えば１９３ｎｍのＡｒＦレーザを光源する露光装置でも、１以上のＮＡの液浸露光により、３２ｎｍノード（ハーフピッチ４５ｎｍ）の半導体製造が可能である。
【０００９】
ここで、１を越えるＮＡはＨｙｐｅｒ−ＮＡなどと呼ばれており、３２ｎｍノード（ハーフピッチ４５ｎｍ）のデバイス製造をＡｒＦの液浸で行うための開発が検討されている。しかしながら、このようなＨｙｐｅｒ−ＮＡ域ではレジストへの露光光の入射角度およびレジスト層内の露光光の入射角度も大きくなり、特にＴＭ偏光成分による像コントラスト低減が問題となる。これは、例えば、T.A.Brunner,”High NA lithographic imagery at Brewster’s angle”（SPIE Proceeding vol. 4691,pp1-10）などで詳細に議論されている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、このような課題を解決するために成されたものである。すなわち、本発明は、位相シフトマスクを用いた投影写像によって所望パターンを得るための露光装置であって、等価光源の形状が十字形状もしくは放射十字形状になっているものである。さらに、該十字形状もしくは放射十字形状の光源内の、光の振動面方位の分布も同様に十字状、放射十字状になっているものである。
【００１１】
このような本発明では、位相シフトマスクのパターンの構成辺における方向すなわち縦方向および横方向に沿って等価光源の形状が十字形状もしくは放射十字形状になっており、光源形状がｘ、ｙ両方位のパターンを持つ渋谷−レベンソン型位相シフトマスクに最適なものとなっており、さらに光源内の光の振動面方位も、マスクを照明する段階では、前述のＴＭ偏光成分を極力排除したものとなっているため、縦横各々のパターンに対して良好な像コントラストを得ることができる。
【００１２】
また、本発明は、光源から出射される光の強度を均一化するためマトリクス状にフライアイレンズが配置されたフライアイレンズアレイと、フライアイレンズアレイの各レンズエレメントに対応して配置され、光源から出射される光の進行方向と並行な光学軸を有し、通過する光の振動面を、その厚みに比例して回転させる複数の旋光素子から成る旋光素子アレイと、フライアイレンズアレイおよび旋光素子アレイを介して、マスク面に入射する光の角度に対する振動面方位が、所望の方向に回転された光を位相シフトマスクに照射するコンデンサーレンズとを備えており、フライアイレンズアレイ、旋光素子アレイおよびコンデンサーレンズで構成される等価光源の形状及び等価光源内の光の振動面方位の分布が十字形状もしくは放射十字形状となっている露光装置である。また、マスクとして渋谷―レベンソン型位相シフトマスクを用いた場合、旋光素子アレイおよびコンデンサーレンズによって構成される等価光源面の形状を円形にして、等価光源面内の光の振動面の方位の分布を十字状もしくは放射十字状にする露光装置でもある。
【００１３】
このような本発明では、位相シフトマスクのパターンの構成辺における方向すなわち縦方向および横方向に沿って等価光源の形状が十字形状もしくは放射十字形状になっており、この光源形状がｘ、ｙ両方位のパターンを持つ渋谷−レベンソン型位相シフトマスクに最適なものとなっており、さらに光源内の光の振動面方位も、マスクを照明する段階では、前述のＴＭ偏光成分を極力排除したものとなっているため、縦横各々のパターンに対して良好な像コントラストを得ることができる。
【００１４】
また、本発明は、位相シフトマスクを用いた露光と、トリムマスクを用いた露光とによりパターンを形成する露光方法において、位相シフトマスクを用いた露光では、等価光源の形状が位相シフトマスクの主要パターンの構成辺方向（長手方向）を基準として０°、９０°、１８０°、２７０°の方位となる十字形状もしくは放射十字形状で、光の振動面方位の分布が十字状もしくは放射十字状となる光を用い、トリムマスクを用いた露光では、無偏光照明を用いる方法である。また、渋谷―レベンソン型位相シフトマスクを用いる場合には、等価光源面の形状を円形にして、光源面内の光の振動面の方位分布を十字状もしくは放射十字状にする露光方法でもある。
【００１５】
このような本発明では、位相シフトマスクを用いた露光では、デザインルールの厳しいパターンに対して、パターンの方向すなわち縦方向および横方向の各々のパターンに対して良好な像コントラストを得ることができる。特に、光源形状がｘ、ｙ両方位のパターンを持つ渋谷−レベンソン型位相シフトマスクには最適なものとなる。また、トリムマスクを用いた露光では、比較的デザインルールの緩いパターンに対して、無偏光照明による簡単な光源構成により、結像性能にパターンの方位に依存性がない露光を行うことができる。
【発明の効果】
【００１６】
したがって、本発明によれば、投影写像の際に、位相シフトマスク上に形成された縦パターンおよび横パターンに対して良好な像コントラストを得ることが可能となる。これにより、位相シフトマスクを用いた露光において大きなプロセスマージンを得ることができ、高精度の線幅制御が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を図に基づき説明する。先ず、本発明の概略を説明する。すなわち、本発明は、位相シフトマスクを用いた露光装置および露光方法であり、投影写像の際、等価光源の形状が十字形状もしくは放射十字形状になっているものである。十字形状の方向としては、図１で示すように、縦パターンの構成辺方向（長手方向）を基準として０°、９０°、１８０°、２７０°方位で強度を持ち、かつ十字のＸ方向辺内（図中Ａ部、Ｃ部）の偏光方位はＸ偏光であり、十字のＹ方向辺内（図中Ｂ部、Ｄ部）の偏光方位はＹ偏光であるような変形偏光照明を用いることを特徴とする。
【００１８】
図１において光の振動方向はＡ部では０°方向、Ｂ部では９０°方向、Ｃ部では１８０°方向、Ｄ部では２７０°方向である。クロス部分のＥ部はＸ偏光とＹ偏光とが同等の比率であり、４５度直線偏光または無偏光である。
【００１９】
位相シフトマスク上の縦パターン（垂直方向パターン（以下、「Ｖパターン」と言う。）に対してＢ部、Ｄ部はパターン構成辺方向（長手方向）と並行な偏光成分を有しており、基体であるウエハに塗布されたフォトレジスト内における結像が、ほぼＴＥ偏光によるものとなり、かつＸ方向の幅、すなわちＸ方向のσ値が小さい長方形照明となっているので、縦パターンのコントラストを大きく高める。
【００２０】
一方でＡ部、Ｃ部は縦パターンとは直行する偏光成分であり、コントラストはゼロであるか、またはパターンのピッチが大きくなると僅かにコントラストを持つようになるが、縦パターンの像形成に対しては基本的にＤＣ成分を与えるのみであり、像コントラストを低下させる作用がある。
【００２１】
ここで図６（ｃ）はピッチＰの位相シフトマスクの縦パターンの瞳面における回折光を示したものである。ここで示すように、本発明では照明形状が十字状であるため、狭ピッチパターンにおいては、-１次回折光６０７の内、図１に示すＣ部の大半はＮＡを超え、遮断されることになる。結果として、図１に示すＢ部、Ｄ部の像コントラストを高める照明光による像形成の寄与が大きくなり、全体の像コントラストは向上する。+１次回折光６０８についても同様である。
【００２２】
同様の効果がマスク上の横パターン（水平方向パターン（以下、「Ｈパターン」と言う。）でも得られる。図１に示す十字形状のクロス部分であるＥ部は無偏光であるため、Ｖパターン、Ｈパターンに対して同等のコントラストが得られるように寄与する。
【００２３】
また、本発明では、位相シフトマスクを用いた投影写像の際に、図２で示すような０°、９０°、１８０°、２７０°方位の放射十字状の強度を持ち、かつ、放射十字状内の偏光方位（図中矢印参照）が放射状になっている変形偏光照明を用いてもよい。この偏光照明でも、図１の十字状偏光照明と同等以上のコントラスト向上効果を得ることが可能である。
【００２４】
すなわち、位相シフトマスク上の縦パターンに対してＢ部、Ｄ部はパターン構成辺（長手方向）とほぼ平行な偏光成分を有しており、基体であるウエハに塗布されたフォトレジスト内における結像がほぼＴＥ偏光によるものとなり、なおかつ、Ｘ方向のσ値が小さい扇形照明となっているので、縦パターンのコントラストを高める。
【００２５】
一方でＡ部、Ｃ部は縦パターンとはほぼ直行する偏光成分であり、コントラストはゼロであるか、またはパターンのピッチが大きくなるとコントラストを持つようになるが、この像コントラスト値は非常に低い。しかしながら、照明形状が放射十字形状であるため、前記段落番号“００２１”で述べたのと同じように、図２に示すＡ部、Ｃ部のどちらか大半はＮＡで遮断され、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ部トータルでの縦パターンのコントラストは向上することになる。同様の効果がマスク上の横パターンでも得られる。
【００２６】
さらに、本発明の露光装置は、位相シフトマスクを用いた投影写像で、上記で説明した変形偏光照明を得るために、以下の構成を用いている。すなわち、図３で示すように厚みがエレメント毎に異なる旋光素子アレイ３０２を強度均一化光学素子であるフライアイレンズアレイ３０４の入射面に配置することにより、フライアイレンズアレイ３０４のエレメント毎に任意の偏光方位を形成できる構成となっている。
【００２７】
ここで、図中符号３０２ａは旋光素子（rotator）であり、材料としては１９３ｎｍの波長に対して透過性を持ち、活性結晶である水晶などであり、光学軸は光軸（光の進行方向）と平行なるよう配置する。
【００２８】
この旋光素子３０２ａに直線偏光を入射すると、その厚みに比例して偏光面が回転すすることが１８１１年のＤ．Ｆ.Ａｒａｇｏの実験で発見されている（例えば、鈴木範人、小塩高文著、応用光学IIｐ２０、朝倉書店、参照）。
【００２９】
したがって、入射光を直線偏光として、対応するフライアイレンズのエレメント毎に旋光素子アレイ３０２のエレメント単位で光軸方向の厚みを変えることにより、旋光素子３０２ａのエレメント単位で光の振動面方位を制御でき、制御された光の振動面方位を入射したフライアイレンズアレイ出射面３０５（すなわち、等価光源面または瞳共役面）の集光点も、制御された光の振動面方位分布（偏光分布）を持つことになる。すなわち、任意の偏光分布を持つ等価光源が得られることになる。
【００３０】
さらに、フライアイレンズアレイ出射面３０５に不図示の任意形状の遮光体絞りを設置することにより、光源形状を任意形状にすることが可能である。フライアイレンズアレイ３０４の各エレメントはコンデンサーレンズ３０６を通じてフォトマスク３０８を波面分割の後、重畳加算照明することにより、フォトマスク３０８上の強度均一性を向上させる。このコンデンサーレンズ３０６は、等価光源面３０５とマスク面３０８をフーリエ変換の関係にしている。すなわち、等価光源面３０６内の位置情報はマスク面３０８では角度情報に変換されることになる。前述の如く、フライアイレンズアレイ３０４の入射面にエレメント単位で光の振動面の方位が制御されると、照明光学系の瞳面となるフライアイレンズ射出面３０５においても、この光の振動面の方位分布が維持され、コンデンサーレンズ３０６を経て、原板となるフォトマスク３０８を照明する。ここで、図３に示すように、マスクを照明する光３０７内の角度に対する光の振動面の方位分布は、フライアイレンズアレイ３０４のエレメント単位で設定される光の振動面の方位分布に対応したものとなっている。これにより、所望の偏光照明を得ることが可能となる。
【００３１】
次に、本発明の詳細な説明を行う。なお、ここで説明する露光装置および露光方法は、主として半導体装置の製造プロセスにおいて用いられるものである。さらに詳しくは、半導体装置の製造プロセスにおけるリソグラフィ工程において、位相シフトマスクを用いた投影写像によって、基体であるウエハ上に塗布されたフォトレジストに所望パターンを形成するために用いられるものである。
【００３２】
先ず、はじめに、露光装置の概略構成について説明する。図４は、本発明に係る露光装置の概略構成の一例を示す説明図である。ここで説明する露光装置は、位相シフトマスク３０８と、その位相シフトマスク３０８に対する照明光の光源（コンデンサーレンズ３０６面に相当）と、これらの間に位置する偏光状態制御ユニットである旋光素子アレイ３０２、光源形状制御ユニット４０６とを備えている。
【００３３】
このうち、位相シフトマスク３０８は、基体であるウエハ４１０上に塗布された不図示のフォトレジストに形成すべきパターンに応じて、任意に選択・交換し得るものとする。ただし、本実施形態では、詳細を後述するように、位相シフトマスク３０８としては、Ｖ（垂直）方位、Ｈ（水平）方位のゲートパターン転写に適用するものとして考える。
【００３４】
本来、ゲートレイヤのパターンはワイヤーパターンなどを含む２次元的なものであるが、アクティブレイヤと重なるゲート部の転写寸法精度が重要であり、以下ではこのゲート部の転写に関して中心に説明する。ゲート部以外のワイヤーパターンなどはゲート転写に続いて行われるトリミング露光で形成するのが通常であり、前述の位相シフトマスクとは別のマスクを用いるが、その部分については後述する。
【００３５】
まず、本発明の主要構成である変形偏光照明に関して説明する。ここでは、Ｈｙｐｅｒ−ＮＡ域で、渋谷-レベンソン型位相シフトマスク露光をゲートリソグラフィに適用する例として、ハーフピッチ４５ｎｍのパターン転写をＮＡ１．２のＡｒＦ液浸露光で行う事例を以下では扱うものとする。なお、液浸の液材としては屈折率１．４４の水を用いるとする。
【００３６】
最初に偏光は考えずに最適な照明形状を説明する。従来、渋谷−レベンソン型位相シフトマスク露光では小σ照明を用いていたが、これは図６（a）で示すように±１次の回折光をできるだけ投影レンズの開口（ＮＡ）内に取り込むためである。投影レンズをマスク情報の伝達手段としてとらえると、ＮＡでの情報量の遮断を極力小さく取ることよって、マスクパターンの転写忠実度が向上し、像コントラストも向上する。
【００３７】
今、転写するパターンをＶパターンとしたとき、渋谷-レベンソン型位相シフトを用いてピッチＰのパターン転写をする際、理想的な光源形状としては図６（ａ）の６０１に示すようなＶ方向の線状光源となる。ここで図６（a）は投影レンズの瞳面を示し、６０１は線状光源を表し、６０２，６０３は６０１の線状光源で、マスク上のＶ方位のパターンピッチＰを照明した時の投影レンズの瞳面における±１次の回折光を示す。
【００３８】
しかしながら、線状光源では実際問題として、十分なマスク照明強度均一性が得られない。また、投影レンズの特定の収差成分に対する感度が高くなる問題が出るため、光源には所定以上の大きさを持たせる必要がある。ここでは図６（ｂ）の符号６０４に示すような光源であれば±１次回折光がＮＡ内に入る。ここで、ＮＡ内に±１次回折光が全て入るための条件は以下の数１で表せされる。
【００３９】
【数１】
2006269853.tif 000003
【００４０】
数１においてＰはウエハ上パターンピッチ、λは露光波長、σｘ、σｙはそれぞれ線状光源のＸサイズ、Ｙサイズを表し、ＮＡで規格化して定義する。例えば、図６（ｂ）の光源６０４はσｙ＝０．３，σｘ＝０．０５であり、数１を満たす。
【００４１】
σｘ、σｙの取り方としては、σｘが大きくなると斜入射照明成分が大きくなるため、照明強度均一性、収差感度が所望レベルを満たす範囲内でなるべく小さく取り、数１を満たす範囲でσｙを導出する。本実施形態では数１を満たす線状光源を扱うが、数１を満たさなくても所望の結像性能が得られる範囲でσｘ、σｙを大きく取る方針でもよい。
【００４２】
本実施形態ではＶＨ両方位を一回の露光で転写することを目標としているので、照明形状としては、図６（ｂ）に示す光源６０４を９０度回転したものをこの光源６０４にクロスさせた十字状のものが最適照明形状となる。なお、照明形状内の偏光は、まず無偏光とする。
【００４３】
この条件にて、図１で示す形状で、σｙ＝０．３，σｘ＝０．０５なるサイズを持つ光源について、市販のリソグラフィシミュレータを用いて、ＦＥＭ計算（Ｆｏｃｕｓ−Ｅｘｐｏｓｕｒｅ−Ｍａｔｒｉｘ計算）をし、露光プロセス裕度を計算した結果を図７に示す。図７には従来の典型的な例として、σ０．３の円形無偏光照明と合わせて表記してある。ここでマスクパターンは５０ｎｍＬＳであり、目標線幅は４５ｎｍ±４．５ｎｍとし、楕円最大ウィンドウで解析をしている。この結果より、従来の小σ照明（破線）に対して、十字状照明（実線）での大きな露光プロセス裕度の向上が確認できる。
【００４４】
また、本実施形態内でのＦＥＭ計算には空間像ではなく、予め実験データに対して較正された集約パラメータを用いたレジストモデル（Ｌｕｍｐｅｄ-Ｐｒａｍｅｔｅｒ−Ｍｏｄｅｌ＝ＬＰＭモデル）を用いている。
【００４５】
さらに、前述の十字状照明内の偏光を最適化する。着目する形成パターンがＶラインである場合、その像形成に対して主たる役割を果たす図１中Ｂ、Ｄ部の偏光方位はパターンの長手方向と平行であることが望ましく、Ｙ偏光が最適である。同様に、着目するマスクパターンがＨラインである場合、その像形成に対して主たる役割を果たす図１中Ａ、Ｃ部の偏光方位はパターンの長手方向と平行であることが望ましく、Ｘ偏光が最適である。
【００４６】
また、オーバラップ部分のＥ部に関してはＶＨパターン両方に寄与するため、無偏光または４５°方位の偏光が望ましい。以上より、ＶＨラインパターンに対して、最適な変形偏光照明は、図１に示すようなものとなる。各辺のサイズは前述のσｘ＝０．０５、σｙ＝０．３０とした。
【００４７】
これを上記と同様にシミュレーションし、露光プロセス裕度を計算した結果を図８に示す（実線）。先に図７で示した、従来小σ無偏光（破線）、十字無偏光照明（一点破線）での結果と併せて示す（グラフ中の実線05sx30sy/pol）。この結果より、光源形状に加えて光源内の偏光を最適化することにより、さらに大きなプロセス裕度が得られることが確認できる。
【００４８】
次に、本発明の他の実施形態として、図２に示すような十字放射状照明に光源内の偏光方位も放射状であるＲａｄｉａｌｌｙ偏光を組み合わせた照明に関して説明する。これまで説明した十字照明とコンセプトは同じであり、形状がほぼ十字状で偏光方位が放射上であり、図１の十字状の偏光照明とほぼ同等の効果が得られる。
【００４９】
この十字放射状の光源内の光の振動面方位の分布は放射上であるため、０°方位と９０°方位以外ではマスクパターンの方位とで微小なずれが生じ、コントラストの僅かな劣化はあるが、４つの扇の開き角（θ）を適正範囲内に抑えることにより、コントラスト劣化を抑えることが可能となる。
【００５０】
また、図１の十字状照明のクロス部分Ｅは無偏光であるが、図２の十字放射状照明では光源中心部まで放射方向（ほぼ０°（１８０°）、９０°（２７０°）方位）の偏光成分となっているため、この部分の偏光成分はそれぞれＨ方位パターン、Ｖ方位パターンのコントラストを強めることとなる。
【００５１】
ここでは、図２において、σ＝０．３、θ＝１５度のＲａｄｉａｌｌｙ偏光照明を最適解の一つとして、同様にＦＥＭシミュレーションをし、露光プロセス裕度を計算した。その結果を図９に示す（実線）。先に図８で示した、従来小σ無偏光（破線）、十字偏光照明（一点破線）での結果と併せて示す。この結果より、前述の図１のような十字状の偏光照明よりさらに大きなプロセス裕度向上が得られることが確認できる。
【００５２】
次に、ここまで述べた偏光照明を露光装置上で実現する方法に関して、簡単に説明をする。図１の十字形、図２の放射十字形をした偏光照明を得るための露光装置・照明光学系の概念図を図４に示す。
【００５３】
エキシマレーザ４００のビームはアスペクト比が５前後の長方形をしており、さらに出射される波長が狭帯域化されたエキシマレーザビームは短辺方向に強く偏光をしている。典型的には９８％以上の偏光度であり、ほぼ直線偏光であると見なすことができる。
【００５４】
この偏光ビームを上手く使い、マスク照明光の強度均一性を得るためのフライアイ入射面に、図１、図２で示す光源形状と光源内の光の振動面分布を形成することが照明光学系に要求される機能である。
【００５５】
先ず、エキシマレーザ４００より出射される狭帯域化されたエキシマレーザ光４０１はビーム短辺方向に強く偏光している。ビーム整形光学系４０２はシリンドリカルレンズ、ズームレンズ、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element）等から構成され、強度均一化光学素子であるフライアイレンズ３０４の外形に合わせた形状、サイズに整形する光学系である。
【００５６】
さらに、符号３０２は旋光素子アレイであり、先に説明したように、その厚みによって入射する直線偏光の振動方位を回転することができる。これにより符号４０４に示すように、エレメント単位で出射光の振動面回転量に任意の分布を持たせることが可能である。これにより、図１、２に示すような光の振動面方位の分布を得る。
【００５７】
符号３０４は強度均一化光学素子であり、フライアイレンズアレイである。符号４０６は遮光体となるアパーチャー絞りであり、これにより光源のサイズ、形状（円形、輪帯、四重極、十字など）を制限・整形することができる。また、符号４０６は投影レンズの瞳面と共役関係にあり、この面を等価光源面と呼ぶ。
【００５８】
符号３０６はコンデンサーレンズであり、段落番号“００３０”で説明したように、等価光源面内の位置情報をマスク入射角内の角度情報に変換する。また、フライアイレンズアレイ３０４の各レンズエレメントからの光をフォトマスク３０８に重畳せしめる。符号４０９は投影レンズであり、フォトマスク３０８のパターンを基体であるウエハ４１０上に不図示のフォトレジストに結像せしめる。
【００５９】
次に、図１、図２の振動方向分布を形成する旋光素子アレイ３０２に関して図３を用いて説明をする。光学軸が光軸と平行になるように配置した旋光素子アレイ３０２に直線偏光を入射すると、その厚みに比例して偏光面が回転する。単位長さあたりの回転角ρは旋光能と呼ばれているが、水晶のその値としては、「鶴田著、応用光学II、ｐ１６７、培風館」に示されている２０１．９°/ｍｍ（波長２２６．５ｎｍ）と波長依存性（旋光分散）が１／波長2に比例することから概算し、露光波長１９３ｎｍにおける旋光能ρは２７５°/ｍｍであると仮定する。
【００６０】
これにより、旋光素子をフライアイレンズアレイに合わせてアレイ化し、各エレメント単位で水晶の厚みを変えるようにする。
【００６１】
ここではまず、図２の放射状の振動面分布を形成することを説明する。図５（a）で示すような振動面方位が放射状に分布するラジアル偏光を形成することを目的とする。ここで、図５（b）はフライアイレンズアレイの配列図である。図５（a）、（b）より、旋光素子アレイ、及びフライアイレンズアレイの単位エレメントの寸法を長軸Ｌ、短軸Ｗ、として、（２Ｍ＋１）×（２Ｎ＋１）アレイであると仮定し、アレイ（ｉ，ｊ）の厚みを考える。（０,０）はフライアイレンズセンターエレメントであるとする。
尚、本実施例ではスキャンタイプの露光装置を想定しているため、マスク上及びウエハ上の露光フィールドは長方形であり、フライアイレンズアレイを構成しているレンズエレメントも長方形である。
【００６２】
今、入射光の振動面は図３、符号３０１示すように入射側から見て方位９０°に偏光しているものとする。これを旋光素子アレイ３０２の基準と仮定すると、中心エレメント（０、０）の旋光素子の厚みは３６０°/ρ＝１．３１ｍｍと仮定し、これを旋光素子アレイ３０２の基準厚（Ｄc）とする。
【００６３】
前述のラジアル偏光を得るためのエレメント（ｉ、ｊ）における目標振動面方位θijは、以下の数２となる。
【００６４】
【数２】
2006269853.tif 000004
【００６５】
よって、旋光素子エレメント（ｉ、ｊ）における厚みＤijは、以下の数３となる。
【００６６】
【数３】
2006269853.tif 000005
【００６７】
このように、各エレメント厚を変えた旋光素子アレイを用いることにより、フライアイレンズエレメント単位で振動面方位に分布を持たせることが可能となり、さらに符号３０５で示す面に不図示の遮光絞りで放射十字形状に整形することにより、図２の放射十字形状のラジアル偏光照明を形成することが可能となる。
【００６８】
なお、旋光素子３０２の厚み可変レンジは３６０°で１．３１ｍｍ程度であり、加工上も実現可能なレベルである。
【００６９】
次に図１の十字形状の偏光照明を得る方法を説明する。これも上記と同様の考え方で前述の旋光素子アレイの設計が可能である。図１に示すＥ部は振動面方位＝４５°とし、この部分に相当するエレメントの厚みは数２よりθ＝４５°を入れて、１．１５ｍｍ。同様な考え方でＡ部（１８０°）＝１．６４ｍｍ、Ｂ部（２７０°）＝１．９６ｍｍ、Ｃ部（０°）＝０．９８ｍｍ、Ｄ部（９０°）＝１．３１ｍｍとなる。このようにＡ−Ｅ部に対応するフライアイレンズアレイ内の各エレメント厚み設計をすればよい。
【００７０】
ここまで述べた最適化された偏光照明と渋谷-レベンソン型位相シフトマスクとの組み合わせにより、良好な解像度が得られ、Ｖ方位およびＨ方位のゲート線の形成が一回の露光で精度良く行われる。なお、渋谷―レベンソン型位相シフトマスクを用いた露光の場合、等価光源形状は従来通り、円形であっても、その光源面内の光の振動面方位の分布が十字状、あるいは放射十字状であるような場合でも、従来の円形＋無偏光照明より、大きな露光プロセスマージンを得ることは容易に理解される。
【００７１】
このゲート線形成露光の後は、ゲートＶ線およびＨ線以外のワイヤーパターン等を形成すべく、ゲート線露光用の位相シフトマスクをトリムマスクに交換し、そのトリムマスクを用いた露光を行う。このトリムマスク場合、ゲート線を形成する場合ほどはピッチが狭くはなく、さらに形成線幅のばらつきの許容量も大きいため、位相シフトマスクを使用する必要はなく、通常はバイナリマスクかハーフトーン型位相シフトマスクが用いられる。
【００７２】
このトリムマスクの露光の際は、照明条件は偏光照明である必要はないので旋光素子アレイ３０２を光路から外し、不図示のデポラライザ（偏光解消素子）を変わりに光路に入れることにより、従来型の無偏光照明として、絞り４０６も通常の円形または輪帯形状に切り替えるようにする。これにより、ゲートパターン以外のワイヤーパターンなどは方位依存性のない無偏光照明で露光がなされ、従来技術が流用可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】十字形状の偏光変形光源を説明する模式図である。
【図２】放射十字形状の偏光変形光源を説明する模式図である。
【図３】本実施形態に係る露光装置の照明システム概略構成を説明する模式図である。
【図４】本実施形態に係る露光装置の構成を説明する模式図である。
【図５】ラジアル偏光照明を説明する模式図である。
【図６】光源形状の最適化を説明する模式図である。
【図７】十字形状光源と円形光源とのプロセスマージンの比較を示すシミュレーション結果の図である。
【図８】十字形状光源で偏光を最適化した場合のプロセスマージンの比較を示すシミュレーション結果の図である。
【図９】放射十字形状光源で偏光を最適化した場合のプロセスマージンの比較を示すシミュレーション結果の図である。
【符号の説明】
【００７４】
３０２…旋光素子アレイ、３０４…フライアイレンズアレイ、３０５…フライアイレンズアレイ射出面、３０６…コンデンサーレンズ、３０８…位相シフトマスク
【図１】
2006269853.tif 000006
【図２】
2006269853.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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